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VENTILATION SEPAREE'POUR -TETES DE BOBINES DE ROTOR.
L'invention concerne les turbo-génératrices ou autres machines dynamo-électriques du type à rotor constitué par un noyau cylindrique plein portant un enroulement concentrique réparti à conducteurs creux constituant l'enroulement inducteur. La plupart des turbo-génératrices sont des machines synchrones bipolaires,quoique l'invention s'applique aussi aux machines à quatre pôles ou plus.
La capacité d'un enroulement de rotor de ce genre dépend de la longueur de la bobine et de la masse de gaz circulant dans les canalisations de refroidissement. Quand la longueur augmente, la quantité totale de chaleur évacuée du conducteur par le gaz de refroidissement augmente, les gaz sortants devenant plus chauds et le plus grand frottement du gaz tendant à freiner l'écoulement. En conséquence, les pertes RI2 par unité de longueur de bobine doivent être réduites, quand la longueur augmente, de manière à ne pas dépasser une température maximum donnée pour le conducteur.
Par exemple, une bobine de rotor à conducteurs creux ayant une longueur de canalisation de 120 pouces (305 cm) n'a qu'environ 80% de la capacité ou puissance d'une bobine à longueur de canalisation de 80 pouces (203 cm), le reste étant égal d'ailleurs.
Dans une machine de ce genre ayant, par exemple, un rotor d'un diamètre de 37 pouces (94 cm) et d'une demi-longueur de noyau de 80 pouces (203 cm) la dernière tête de bobine, ou extrémité du coté de bobine extérieur,de'chaque pôle ajoute approximativement 45 pouces (114 cm) de longueur à la longueur des côtés de bobinece qui donne une longueur totale de 125 pouces (317 cm) Dans le cas de machines plus courtes , le rapport entre la longueur de tête de bobine et la longueur du demi-noyau sera plus grand Dans le cas de machines plus longuesla plus grande longueur des canalisations intérieures aux conducteurs creux de rotor nécessite encore plus une réduction de la longueur totale de canalisationparce que, lorsque la longueur des canalisations augmente,
il faut réduire de plus en plus la capacité du rotor. Si on pouvait donc refroidir séparément les têtes'et.
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les c8tés de bobine des enroulements de rotor à conducteurs creux, un gain appréciable pourrait être réalisé en puissance de rotor.
L'invention concerne des moyens permettant d'obtenir le refroidissement séparé des têtes de bobine des enroulements de rotor des turbogénératrices.
Le dessin annexé représente, un peu schématiquement, une machine simplifiée conforme à l'invention et donnée à titre d'exemple des principes généraux de celle-ci., sans aucune prétention à l'illustration d'une machine complète à échelle exacte. Dans les dessins,
La figure 1 est une coupe partielle longitudinale d'une forme d'exécution de l'invention, passant par un point voisin du milieu d'un pale de rotor, suivant la ligne 1-1 des figures 3 et 4-
La figure 2 est une vue semblable d'une partie différente d'une machine semblable le plan de la section passant par les cotés de bobine extérieures des pales du rotor, suivant la ligne II-II de la figure 3.
La figure 3 est une section transversale suivant la ligne III-III des figures 1 et 2
La figure 4 est une coupe cylindrique développée vue de dessous suivant la ligne IV-IV des figures 1, 2 et 3.
La figure 5 est une coupe développée d'une partie de la bobine de rotor extérieur, suivant la ligne courbe V-V de la figure 4, montrant le chemin parcouru par le gaz de refroidissement circulant en retour dans la tête de bobine
La figure 6 est une coupe cylindrique développée vue de dessous semblable à celle de la figure 4 et montrant une variante utilisant des conducteurs creux à ventilation latérale, et
La figure 7 est une vue de profil de détail d'une partie d'un des conducteurs creux à ventilation latérale de la figure 6.
L'invention. dans l'exemple donné, est appliquée à une machine dynamo-électrique synchrone bipolaire comprenant un induit fixe 7 et un inducteur tournant 8 séparés par un entrefer 9. .L'inducteur tournant, comme le montre la figure 3, comprend un arbre 11. un noyau de rotor cylindrique 12 avec des encoches 13 pour le logement de l'enroulement, et un inducteur réparti à courant continu constitué par des conducteurs creux, chaque pôle de l'inducteur étant composé de plusieurs bobines concentriques 21 à 28 à cheval sur une partie polaire centrale 29 du noyau de rotor 12 sans encoches
Pour simplifier le dessin, les bobines de rotor concentriques 21 à 28 sont représentées chacune avec quatre barres seulement, sauf les deux bobines intérieures 21 et 22. de chaque pôle qui n'ont que trois barres;
il va de soi qu'on utilise habituellement un plisgrand nombre de barres par bobine. Les bobines de rotor 21 à 23 comprennent des cotés de bobine rectilignes 30 logés dans les encoches de rotor 13 correspondantes. Les bobines comprennent aussi des têtes de bobine 31 qui dépassent les extrémités du noyau de rotor 12, des dégagements 32 étant ainsi aménagés entre les têtes de bobine 31 et l'arbre de rotor 11, aux extrémités du rotor 8.
Chaque tête de bobine 31, aux extrémités respectives dé l'inducteur, se compose à la fois de parties de conducteurs creux axiales 33 et circonférentielles 34 séparées par des cales d'extrémité 35' Conformément à une pratique courante, chaque tête de bobine 31, aux extrémités respectives du rotor 8, est maintenue en place par une bague de frettage 36 solidaire de l'extrémité du noyau de rotor 12 et entourant les têtes de bobine 31 de l'extrémité de rotor correspondante
Un dispositif de circulation des gaz doit être prévu pour établir une chambre sous pression au moins au-delà d'une extrémité et, de préférence des deux extrémités de l'inducteur 8.
Une chambre sous pression de ce genre est représentée en 37 à la figure 1 et la haute pression de gaz y est produite
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par un ventilateur 38 monté sur l'arbre de rotor 11 et entoura d'un chica- nage convenable 39. Le stator 7 est pourvu d'une cloison d'entrefer 40 qui entoure la bague de frettage 36 et empêche une perte exagérée de pres- sion de la chambre 37 vers l'entrefer 9. tourne la figure 4 le montre; le dégagement 32 sous chacune. des têtes de bobine 31 est garni de chicanages axiaux 41 et circonf érentiels
42 qui subdivisent le dégagement 32 en plusieurs parties différentes.
En particulier,les cloisonnages 41 et 42 délimitent, sous les parties de têtes de bobine à conducteurs creux circonf érentielles 34 en alignement avec la partie polaire centrale sans encoches 29 de chaque polo de rotor,un déga- gement de décharge des gaz cloisonné 43 sous les têtes de bobine, un dé- gagement 43 de ce genre étant prévu pour chacun des deux pales du rotor 8
En dehors des dégagements centraux 43, le reste du dégagement 32 sous les têtes de bobine 31 sert de prise de gaz en communication avec la chambre sous pression 37 pour l'admission du gaz de refroidissement nécessaire à la réfrigération des conducteurs creux des bobines de rotor 21 à 28 .
Gomme les figures 2 et 4 le montrent,la partie de tête de bobine axiale 33 de chacune des bobines inductrices à conducteurs creux axiaux 21 à 28, sauf parfois celle de la ou des bobines intérieures 21 et 22, est pourvue de trous d'admission de gaz 44 disposés près de cette extrémité du noyau de rotor 12, pour établir une communication entre le dégagement non cloisonné ou prise de gaz 32 et les parties creuses ou canalisations des différents conducteurs creux.
Le gaz de refroidissement qui pénètre ainsi dans les conducteurs creux des bobines de rotor extérieures 23 à 28 se subdivise alors en une partie qui s'avance dans les cotés de bobine rectilignes 30 jusqu'é la ligne centrale 45 de la machine et une utre partie qui revient en arrière vers les têtes de bobine 31.
Le courant de gaz qui traverse les cotés de bobine 30 des conducteurs de rotor., se décharge vers le milieu 45 de la machine, par une première sortie ayant la forme de trous de dégagement 46 (fig.2) pratiqués dans les parois des conducteurs creux et donnant sur l'entrefer 9 au centre ou à mi-chemin des extrémités de noyau de rotor 12. Le courant de gaz circulant, en arrière, dans les têtes de bobine 31 des conducteurs de rotor se décharge par une deuxième sortie comprenant des trous de dégagement 48 (fig.1 et 4) pratiqués dans les parties circonférentielles 34 des têtes de bobine et donnant dans les dégagements cloisonnés 43 sous les têtes de bobines des deux pôles du rotor.
En plus des trous 48,cette seconde sortie comprend aussi des moyens pour faire passer le gaz contenu dans le dégagement cloisonné central 43 dans l'entrefer 9, par exemple aux moyens de rainures 49 découpées dans la partie polaire centrale sans encoches 29 du noyau de rotor 12, comme le montrent les figures 1, 3 et 40
Dans de nombreuses machines, y compris celle considérée ici, le bobines intérieures 21 et 22 de l'inducteur peuvent avoir des têtes de bobine 31 trop courtes pour permettre d'utiliser la ventilation indépendante des têtes de bobine précitée, la partie axiale 44 de ces têtes de bobine étant trop courte pour admettre le nombre de prises de gaz 44 voulu. Ces bobines intérieures 21 et 22 ont généralement un plus petit nombre de barres que les autres bobines 23 à 28 de l'enroulement de rotor.
Suivant une particularité de l'invention, on a profité de ces circonstances pour pratiquer des trous d'admission de gaz 54, comme la figure 1 le montre, dans les parties circonférentielles 34 des têtes de ces bobines intérieures 21 et 22 ou d9une de celles-ci. Il est prévu,\1 à cet effets sous ces parties circon- férentielles 34 des têtes des bobines intérieures 21 et 22, une pièce tubulaire d'admission du gaz ouverte aux extrémités représentée sous la forme d'un U 55 disposé en travers du dégagement central cloisonné 43 sous la partie circonférentielle 34 de la tête de bobine de chacune des bobines intérieures 21 et 22 (voir fig. 4). Les deux extrémités de ce tube d'admission du gaz 55 sont en communication avec la prise de gaz non cloisonnée 32.
Le tube d'admission de gaz 55 est pourvu d'un ou de plusieurs trous 56 dans le cas présent le dessus de la pièce U 55,qui communiquent avec les trous d'entrée de gaz 54 pratiqués dans la ou les bobines concentriques
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intérieures 21 et 22
Le fonctionnement du dispositif de l'invention ressort clairement de la description précédente. La figure 5 représente en détail le chemin parcouru par le gaz de refroidissement des têtes de bobine, tandis que la figure 2 montre le chemin parcouru par le courant de gaz qui refroidit tous les cotés de bobine,sauf ceux des deux bobines intérieures 21 et 22.
Le refroidissement de ces dernières est clairement montré aux figures 1, 3 et 4, le gaz passant par les tubes ou pièces en U 55 et les trous d'entrée de gaz 54 pratiqués dans les parties extrêmes 34 des têtes de bobine 31 des deux bobines intérieures 21 et 22, pour se décharger dans l'entrefer 9 au centre ou près du centre 45 de la machine de la même façon que dans le cas du coté de bobine extérieur de la figure 2.
La description précédente montre que l'invention procure un moyen efficace de réduire la longueur des canalisations constituées par les conducteurs creux traversés par le gaz de refroidissement du rotor, et par conséquent, d'augmenter la capacité des rotors des turbo-générateurs Ce résultat est obtenu sans affaiblir ou entamer la résistance mécanique de la bague de frettage 36 qui doit résister aux forces centrifuges élevées des rotors de ces grosses machines à grande vitesse de rotation
Les trous d'admission et de décharge des gaz 44, 46 et 48 pratiqués dans les parois horizontales des conducteurs creux de l'enroulement de rotor,aux figures let 5, peuvent, en variante., être pratiqués dans les parois verticales de ces conducteurs creux, comme représenté en 57 aux figures 6 et 7.
Dans ce cas, les cales d'extrémité 35 doivent être rainurées de manière à constituer des canalisations 58 qui mènent aux trous d'aération latéraux 57 des conducteurs creux.
REVENDICATIONS
1.- Machine dynamo-électrique à rotor à noyau, cylindrique plein portant une bobine concentrique répartie constituant¯l'enroulement inducteur et composée de conducteurs creux dans lesquels circule un gaz de refroidissement, caractérisée en ce que les conducteurs creux sont pourvus de trous d'admission du gaz pratiqués dans les têtes de bobine en des points proches des extrémités du noyau de rotor et communiquant avec un espace de prise de gaz prévu sous une bague de frettage qui maintient les têtes de- bobines, ces conducteurs creux étant aussi pourvus de deux groupes de trous de décharge des gaz, un groupe localisé dans la partie des conducteurs noyée dans les encoches en un point intermédiaire du noyau de rotor et dcnnant sur l'entrefer séparant le rotor du stator,
et l'autre groupe localisé dans les parties circonférentielles des têtes de bobine et aussi en communication avec le dit entrefer, grâce à quoi une partie du gaz de refroidissement s'écoule, dans une direction, des trous d'admission du gaz vers les parties des conducteurs creux noyées dans les encoches,et une autre partie du gaz de refroidissement s'écoule, dans une autre direction, des trous d'admission du gaz vers les têtes de bobine à conducteurs creux.